Tóm tắt Luận án Nghiên cứu, tổng hợp, đặc trưng vật liệu lai vô cơ (Ag, F3O4) - Hữu cơ (chitosan) cấu trúc nano định hướng ứng dụng trong y sinh

qua sự thay đổi của màu sắc từ kết tủa nâu sang đen. Kết thúc quá trình pH dung dịch khoảng 8-10 đảm bảo lượng muối Fe đã phản ứng hết. Sản phẩm thu được ký hiệu CS/MNPs1. Đổ sản phẩm sau phản ứng ra cốc có mỏ, dùng nam châm thu sắt từ và rửa với nước cất đến khi pH = 7 nhằm loại hết sản phẩm phụ và các chất dư chưa phản ứng. Kết tủa thu được phân tán trong 100ml nước cất bằng siêu âm. Dung dịch chứa nano sắt từ nồng độ 0,7% bền trong điều kiện thường. Phƣơng pháp đồng kết tủa trong hệ vi lƣu Phương pháp này dựa trên quá trình đồng kết tủa xảy ra trong các kênh vi lưu được chế tạo bởi vật liệu polymetylsilosan (PDMS). Bảng 2.1. Các điều kiện sử dụng tổng hợp CS/ MNPs2 trong kênh vi lưu Đầu vào Tác nhân phản ứng Tốc độ dòng (μl/phút) 1 DCM 80 2 Dung dịch A 15 3 NH4OH 15 Kết quả thu được ở đầu ra sản phẩm CS/MNPs2 có màu đen, các hạt CS/MNPs2 thu được bằng nam châm ngoài được rửa vài lần với nước cất cho đến khi trung tính. Phƣơng pháp oxi hóa kết tủa 0,2 g CS hòa tan trong 50 ml axit acetic 2%, khuấy trong 1giờ tại nhiệt độ 50 o C. Cân lượng chính xác FeCl2.6H2O hòa tan vào 20 ml H2O đến tan hoàn toàn. Nhỏ từ tử dung dịch FeCl2 vào dung dịch CS, khuấy đều trong 30 phút, thu được dung dịch A. Cân lượng NaNO3 + NaOH theo phương trình phản ứng, hòa tan vào 20 ml H2O đến tan hoàn toàn, thu được dung dịch B. Dưới điều kiện khuấy trộn mạnh và gia nhiệt ở 50-60 o C, nhỏ từ từ dung dịch B vào hỗn hợp dung dịch A. Quá trình phản ứng được quan sát bởi sự kết tủa và màu sắc kết tủa tạo thành. Sản phẩm CS/MNPs3 có màu đen được thu bằng nam châm và lọc rửa đến khi pH về trung tính. Phƣơng pháp phân tán CS/MNPs trong CS biến tính với chất phát quang 0,1 g CS hòa tan trong 20 ml axit axetic 2%, khuấy trong 1 giờ tại nhiệt độ 50 o C. Cân 0,02 g FITC hòa tan trong 5 ml etanol. Nhỏ từ từ dung dịch FITC vào dung dịch CS trong 5 phút trong điều kiện tránh ánh sáng, tiếp tục khuấy thêm 1giờ, được phức hợp CS-FITC (dung dịch A). Chuẩn bị 10 ml dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml, nhỏ giọt chậm vào 5ml dung dịch A, tránh ánh sáng, khuấy trong 30 phút, thu được FMNPs – M1. Chuẩn bị 10 ml dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml nhỏ giọt chậm vào 15ml dung dịch A, tránh ánh sáng, khuấy trong 30 phút thu, được FMNPs-M2. 2.2.3. Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano bạc- sắt từ trên nền chitosan (CS/AgNPs-MNPs) Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs được tổng hợp bằng phương pháp phân tán ex-situ, phối trộn các thành phần CS/AgNPs và CS/MNPs: Chuẩn bị 50 ml dung dịch MNPs/CS nồng độ 0,7% và 50 ml dung dịch AgNPs/CS nồng độ 500 ppm, trộn vào nhau và khuấy mạnh trong 1 giờ tại nhiệt độ phòng. Sau đó, nanocompozit được thu lại bằng nam châm, rửa bằng nước cất để loại bỏ các thành phần dư. Phƣơng pháp mang Curcumin lên vật liệu CS/AgNPs-MNPs Phân tán 0,2g CS/AgNPs-MNPs trong 50ml H2O, nhỏ từ từ 10ml dung dịch Cur bão hòa trong etanol vào, khuấy ở nhiệt độ 50-60 o C. Đến khi xuất hiện kết tủa thì dừng lại. Tiếp tục khuấy thêm 30 phút để dung môi etanol bay hết, thu được sản phẩm CS/AgNPs-MNPs-Cur. 2.3. Các phƣơng pháp và thiết bị nghiên cứu Phương pháp xác định cấu trúc vật liệu: phân tích nhiễu xạ tia X trên thiết bị Siemens D-500 với bức xạ Cu-Kα (bước sóng λ=1,5406A o ) - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN; phân tích EDX trên máy JSM 6490-JED 2300 JEOL - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN; phương pháp phân tích IR trên máy FTIR NEXUS 670 của hãng NICOLET - Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCNVN. Phương pháp xác định hình thái học của vật liệu: Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM thực hiện trên thiết bị JEM 1010 - Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương; thiết bị JEM-1400 Đại học Busan – Hàn Quốc, phương pháp kính hiển vi điện tử quét xạ trường (FESEM) thực hiện trên thiết bị S4800 của hãng Hitachi (Nhật Bản), tại Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm KHCNVN; thiết bị JSM- 6700F tại Đại học Busan – Hàn Quốc; thiết bị Hitachi S-480 tại Viện Vệ sinh dịch tễ. Phương pháp nghiên cứu tính chất hóa, lý, sinh của nanocompozit : phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung - Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN; Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-vis) được đo trên máy UV-vis Agilent 8453 – Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KHCNVN; phương pháp phát huỳnh quang trên hệ đo quang, với máy đô phân giải cao tại phòng thí nghiệm trọng điểm – Viện Khoa học vật liệu- Viện Hàn lâm KHCNVN và phòng thí nghiệm phân tích huỳnh quang Đại học Busan – Hàn Quốc. Hệ laze có bước sóng kích thích 300nm và 495 nm từ Trung tâm MEMS – Đại học Busan – Hàn Quốc; phương pháp thử hoạt tính sinh học – phương pháp đục lỗ thạch được tiến hành tại Viện Hóa học – Viện Hàn lâm KHCNV. CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nanocompozit chứa hạt nano bạc trên nền chitosan (CS/AgNPs) Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình khử Ag + về Ag hình thành nanocompozit CS/AgNPs1, CS/AgNP2, CS/AgNP3 trong điều kiện sử dụng chất khử NaBH4, điều kiện không sử dụng chất khử có gia nhiệt và trong điều kiện lò vi sóng được khảo sát bằng các phân tích phổ UV-vis. 0 20 40 60 80 100 120 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 D o h a p t h u ( A U ) Thoi gian (ph) 0 10 20 30 40 50 60 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 D o h a p t h u ( A U ) Thoi gian (ph) A B Thời gian (phút) Đ ộ h ấp th ụ (a.u ) Đ ộ h ấp th ụ (a.u ) Đ ộ h ấp t h ụ (a .u Đ ộ h ấp t h ụ (a .u Thời gian (phút) 0 5 10 15 20 25 0.0 0.5 1.0 1.5 D o h a p t h u ( A B S ) Thoi gian (h) Hình 3.1. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của CS/AgNPs vào thời gian khử: (A) CS/AgNPs1, (B) CS/AgNPs3; (C) CS/AgNPs; (D) Ảnh chụp dung dịch chứa CS/AgNPs1 và CS/AgNPs3 sau khi bổ sung HCl Phương pháp khử sử dụng NaBH4 (hình 3.1.A): Tại λmax 413 nm ABS tăng nhanh trong 30 phút đầu, sau đó hầu như không tăng. Như vậy, phản ứng khử Ag + thành Ag diễn ra nhanh do NaBH4 là chất khử mạnh. Kết quả tương đồng với tài liệu đã công bố. Phương pháp gia nhiệt (hình 3.1C): tại λmax 400 nm trong 9 giờ đầu, cường độ hấp thụ tăng nhanh theo thời gian phản ứng, sau đó hầu như tăng không đáng kể. Do đó, chúng tôi lựa chọn 9 giờ là thời gian để tiến hành phản ứng. Phương pháp sử dụng lò vi sóng (hình 3.1B): Tại λmax 433 nm độ hấp thụ quang tăng nhanh theo thời gian phản ứng trong 10 phút đầu tiên, sau đó hầu như không tăng. Có thể kết luận 10 phút là thời điểm kết thúc phản ứng. Hình 3.1D so sánh cả 2 mẫu CS/AgNPs1 và CS/AgNPs3 với thuốc thử là ion Cl - , kết quả thu được âm tính, cả 2 dung dịch trong suốt, không xuất hiện kết tủa. Điều này chứng tỏ AgNO3 đã phản ứng hết (Ag + đã bị khử hoàn toàn thành Ag o ). Phương pháp khử bằng CS trong lò vi sóng chứng tỏ ưu điểm hơn hẳn, khả năng khử mạnh trong thời gian ngắn, sản phẩm có độ tinh khiết cao. Thời gian ( iờ) Đ ộ h ấp t h ụ (a .u C D Đặc trƣng cấu trúc Phổ IR Hình 3.2 phổ IR của CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3 các pic của nanocompozit mới tạo thành giống các pic của CS, điều này chứng tỏ điều kiện gia nhiệt và lò vi sóng không phá vỡ trúc của CS. Như vậy phương pháp sử dụng lò vi sóng để tổng hợp CS/AgNPs3 thể hiện ưu điểm hơn hẳn về thời gian, độ tinh sạch cũng như hiệu suất của quá trình. Hình 3.2. Phổ IR của nanocompozit CS/AgNPs và CS Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của CS/AgNPs 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 CS/AgNPs2 CS/AgNPs3 C ƣ ờ n g đ ộ (a .u ) Số sóng (cm-1) CS Góc nhiễu xạ 2θ Hình 3.3 giản đồ nhiễu xạ tia X của nanocompozit CS/AgNPs xuất hiên các pic tại (111), (200), (220) đặc trưng cho tinh thể Ag (theo ngân hàng phổ JCPDS card No 04-0783). Phƣơng pháp EDX : Kết quả phân tích định lượng cho thấy Ag chiếm khoảng 23%. Hình thái học Hình dạng, kích thước và sự phân tán các hạt AgNPs trong nanocompozit CS/AgNPs được xác định bằng phương pháp FESEM và TEM. Trên hình 3.4 trình bày ảnh FESEM của CS và các mẫu nanocompozit CS/AgNPs chế tạo bằng các phương pháp khác nhau. Hình 3.4. Ảnh FESEM của: (A) CS; (B) CS/AgNPs1,(C) CS/AgNPs2; (D) CS/AgNPs3 Bề mặt CS có dạng vô định hình, các lớp xếp khít nhau. Trên ảnh FESEM của các tổ hợp nanocompozit CS/AgNPs có thể quan sát thấy hạt AgNPs phân tán trong mạng lưới CS, các hạt có dạng hình cầu, kích thước tương đối đồng đều với độ đơn phân tán cao, tuy nhiên qua ảnh FESEM khó A B C D phân biệt được sự khác nhau về kích thước của ba loại nanocompozit, cần quan sát trên ảnh TEM với độ phân giải cao hơn (hình 3.5). Hình 3.5: Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của: (A) CS/AgNPs1, (B) CS/AgNPs2 và (C) CS/AgNPs3 Hình 3.5 trình bày ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt AgNPs trong các mẫu CS/AgNP1, CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3. Cả ba phương pháp đ đều cho các hạt AgNPs dạng hình cầu, kích thước trung bình là 20, 7 và 8 nm tương ứng với các mẫu CS/AgNPs1, CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3. Phân bố kích thước từ 5 – 27nm với CS/AgNPs1, 1-9nm với CS/AgNPs2 và 1-12nm với CS/AgNPs3. 0 5 10 15 20 25 30 0 1 2 3 4 5 c o u n ts particle size (nm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 c o u n t size (nm) S ố h ạt Kích thước (nm) S ố h ạt Kích thước (nm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 c o u n t size (nm)Kích thước (nm) S ố h ạt 20 nm 20 nm 20 nm (a) (b) (c) A B C Tính chất quang Tính chất quang của các mẫu nanocompozit CS/AgNPs1, CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3 được nghiên cứu bằng phổ UV-vis và được trình bày trên Hình 3.6: Hình 3.6. Phổ hấp thụ UV-vis của CS/AgNPs1, CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3 Trên phổ hấp thụ UV-vis của CS/AgNPs1, CS/AgNPs2, CS/AgNP3. Phổ hấp thụ thể hiện cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface plasmon resonance – SPR), các pic 400 nm, 413 nm và 433 nm là cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch chứa CS/AgNPs2, CS/AgNPs1 và AgNPs3. Thay đổi màu sắc của dung dịch tương ứng với cường độ hấp thụ trên phổ UV-vis của các dung dịch chứa 3 loại nanocompozit CS/AgNPs. Mẫu CS/AgNPs1, CS/AgNPs3 có cường độ hấp thụ cao hơn nhiều so với mẫu CS/AgNPs2 nên phương pháp khử hóa học sử dụng NaBH4 và phương pháp khử trong lò vi sóng hiệu quả hơn phương pháp gia nhiệt. Hoạt tính sinh học CS/AgNPs3 được đưa lên vải theo quy trình như phần 2.2.3, vải sau khi được ngâm tẩm sấy đến khối lượng không đổi. Đem cân trên cân phân tích Bƣớc sóng (nm) Đ ộ h ấ p t h ụ ( a .u xác định lượng nanocompozit đã bám dính trên bề mặt vải và tính trung bình cho 1 cm 2 . Thí nghiệm được lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình. - Hàm lượng nanocompozit CS/AgNPs trung bình trên 1cm 2 vải: Mẫu vải polyeste sau khi tẩm CS/AgNPs2; CS/AgNPs3 được phân tích FESEM, kết quả trình bày trên hình 3.7: Hình 3.7: Ảnh FESEM của bề mặt sợi vải polyeste: (A) trước khi tẩm, (B) sau khi tẩm CS/AgNPs2, (C) sau khi tẩm CS/AgNPs3 Hoạt tính kháng vi khuẩn E.Coli của vải tẩm nanocompozit CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3 được đánh giá qua vòng vô khuẩn trên đĩa thạch đặc. Kết quả trình bày trên hình 3.8. )/(07727,0 3 08204,007224,007752,0 2cmmg  A B C Hình 3.8: Hoạt tính kháng khuẩn E.Coli của vải tẩm CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3 Quan sát vòng vô khuẩn ta thấy CS/AgNPs3 có vòng ức chế vi khuẩn lớn hơn hẳn so với CS/AgNPs2, điều này có thể giải thích do nồng độ AgNPs trong dung dịch CS/AgNPs3 cao hơn, đã được khẳng định từ kết quả phân tích UV-vis. CS/AgNPs3 tiếp tục được thử nghiệm đánh giá nồng độ ức chế tối thiểu 50% (IC50) trên các dòng vi khuẩn và nấm: Bacillus subtilis (Bs), Escherichia coli (Ec),Pseudomonas aeruginosa (Pa), Candida albicans (Ca), Lactobacillus fermentum (Lac), Salmonella enterica (Se) kết quả trình bày trên bảng 3.1. Bảng 3.1: Kết quả xác định IC50 trên vi khuẩn và nấm của nanocompozit CS/AgNPs3 Vi khuẩn và nấm mốc IC50 (ppm) Bs Ec Pa Ca Se Lac CS/AgNPs3 33 >50 9,33 >50 >50 >50 Ta thấy CS/AgNPs3 cho thấy kết quả IC50 tương đối tốt, đặc biệt trên dòng vi khuẩn P.aeruginosa. Đây là dòng vi khuẩn gram âm thường xuất hiện trong nhiễm khuẩn bệnh viện, rất nguy hiểm do đã kháng trên rất nhiều dòng kháng sinh. Với kết quả nồng độ ức chế tối thiểu 50% vi khuẩn là 9,33 ppm. CS/AgNPs3 CS/AgNPs2 Vật liệu CS/AgNPs3 chế tạo được hứa hẹn tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y sinh và đặc biệt trong khử trùng bệnh viện Khả năng mang curcumin Hình 3.9: (A) Ảnh chụp dung dịch nước chứa CS/AgNPs và CS/AgNPs-Cur; (B) TLC định tính Cur trong CS/AgNPs-Cur; (C) Phổ hấp thụ UV-VIS của (A) CS/AgNPs và (B) CS/AgNPs-Cur Trên hình 3.9A cho thấy Cur phân tán tốt trong dung dịch chứa CS/AgNPs, dung dịch có màu vàng đậm hơn so với dung dịch CS/AgNPs. Cơ chế mang thuốc của nanocompozit dựa vào phức hợp Cur với lớp CS bọc xung quanh AgNPs làm tăng độ phân tán của Cur trong dung dịch. Bƣớc sóng (nm) C ƣ ờ n g đ ộ (a .u CS/AgNPs- Cur CS/AgNPs Cur CS/AgNPs-Cur Hình 3.9B chỉ ra kết quả định tính Cur trên sắc ký bản mỏng với hệ khai triển diclometan: metanol = 9: 0,5, ái lực của hệ dung môi trên với Cur chuẩn và cur trong CS/AgNPs-Cur tạo vết có cùng giá trị Rf (Rf = 0.8). Điều này chứng minh cho giả thiết Cur chỉ tạo phức hợp và bị hấp phụ bởi lớp CS như đã được đưa ra trong một công bố của chúng tôi có liên quan đến khả năng mang Cur của nano chitosan và không có liên kết hóa học được hình thành giữa CS/AgNPs và Cur. Hình 3.9C phổ UV-vis xác định được λmax của CS/AgNPs và CS/AgNPs- Cur lần lượt là 413 nm và 449 nm. Sự chuyển dịch về phía bước sóng dài khi có mặt Cur được lý giải do tương tác bề mặt của AgNPs và các phân tử Cur. Đồng thời cường độ hấp thụ quang cũng tăng lên so với CS/AgNPs. Điều này chứng tỏ có thể sử dụng Cur như một chất phát quang, nhằm nghiên cứu cơ chế hoạt động của các hệ mang thuốc cũng như khả năng hướng đích và lưu trữ thuốc của tế bào ung thư. 3.3. Nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền chitosan Đặc trƣng cấu trúc Cấu trúc tinh thể của các mẫu CS/MNPs1, CS/MNPs2, CS/MNPs3 được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) trình bày trên hình 3.10. 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0 20 40 60 80 100 120 (422) (440) (511) (400) (311) (220) CS/MNPs1 CS/MNPs2 CS/MNPs3 C uo ng d o (a .u ) Diffraction angle -2*theta (degree) Góc nhiễu xạ (2θ) C ƣ ờ n g đ ộ ( a .u ) Hình 3.10: Giản đồ XRD của nanocompozit CS/MNPs1, CS/MNPs2 và CS/MNPs3 Trên hình 3.10 các pic thu được tại 220, 311, 400, 511 và 440 (được quan sát ở tất cả các mẫu) đặc trưng cho Fe3O4. Các pic trong phổ XRD của CS/MNPs so sánh với phổ chuẩn trong ngân hàng JCPDS chỉ ra độ sạch của pha Fe3O4 thu được khi không có sự xuất hiện của γ - Fe2O3 trong cấu trúc của vật liệu. Như vậy về mặt cấu trúc có thể khẳng định pha từ trong vật liệu MNPs có cấu trúc spinen của Fe3O4 Hình thái học Kết quả nghiên cứu hình thái học của các vật liệu CS và nanocompozit bằng ảnh FESEM được trình bày trong hình 3.11: Hình 3.11. Ảnh FESEM của: (A) CS; (B) CS/MNPs1, (C) CS/MNPs2; (D) CS/MNPs3 A B C D 500 nm Quan sát ảnh FESEM có thể nhận thấy sự khác biệt về hình thái và kích thước của các mẫu nanocompozit CS/MNPs1, CS/MNPs2 và CS/MNPs3 MNPs trong mẫu CS/MNPs3 (hình 3.11D) chế tạo bằng phương pháp oxi hóa kết tủa có dạng hình khối đa diện tương đối rõ ràng, kích thước khoảng 30-100 nm. Trong khi đó, CS/MNPs1, CS/MNPs2 (hình 3.15B, 3.11C) chế tạo bằng phương pháp đổng kết tủa, MNPs đều có kích thước khoảng 30- 50 nm, các hạt hình cầu phân tán tương đối đồng nhất và ở dạng đơn phân tán. Dạng hình cầu có năng lượng bề mặt cao hơn và khả năng liên kết bề mặt lớn hơn so với dạng hình đa diện, chính vì vậy CS/MNPs dạng hình cầu sẽ được sử dụng làm nhân cho hệ nanocompozit CS/AgNPs-MNPs (chứa AgNPs và MNPs trên nền CS). Hình thái học của vật liệu CS/MNPs2, FMNPs-M1 và FMNPs-M2 được phân tích ảnh TEM. Kết quả trình bày trên hình 3.12. CS/ CS/ Hình 3.12: Ảnh TEM của CS/MNPs2, FMNPs-M1 và FMNPs - M2 Ảnh TEM cho thấy thành phần nano có dạng hình cầu có kích thước từ 20-50 nm khẳng định kết quả phân tích FESEM. Với độ phân giải cao, có thể quan sát thấy MNPs có độ tương phản tối màu tương phản rõ rệt so với lớp vỏ CS sáng màu bao bọc bên ngoài, dày khoảng 2 nm. Lớp vỏ bọc CS tạo hiệu ứng không gian với tác dụng chính là bền hóa và ngăn các hạt nano tương tác kết tụ với nhau do năng lượng bề mặt lớn. Qua nhóm chức –COOH, FITC liên kết một phần với các nhóm -NH2 trong phân tử của CS tạo thành phức hợp CS-FITC bao quanh hạt MNPs. Ảnh TEM của FMNPs cho thấy lớp vỏ bao quanh hạt FMNPs tăng lên 2-3 nm. Các hạt có xu thế co cụm hơn do nhóm COOH trong phân tử FITC có tác dụng như tác nhân khâu mạch. Tính chất từ của vật liệu Hình 3.13 trình bày kết quả xác định từ độ bão hòa của nanocompozit chế tạo bằng 3 phương pháp với tỷ lệ CS: MNPs tương tự nhau. FMNPs - FMNPs - -10000 -5000 0 5000 10000 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 CS/MNPs3 CS/MNPs1 CS/MNPs2 H (Oe) T u d o ( e u m /g ) Hình 3.13: Từ độ bão hòa của nanocompozit CS/MNPs1, CS/MNPs2 và CS/MNPs3 Từ hình 3.13 có thể xác định được từ độ bão hòa của các nanocompozit CS/MNPs1, CS/MNPs2 và CS/MNPs3 tương ứng là 79,1emu/g, 69 emu/g, 59,3 emu/g. CS/MNPs3 có từ độ bão hòa tương đối thấp, điều này được giải thích do kích thước hạt không đồng đều (hình 3.10). CS/MNPs1 tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa trong môi trường khí trơ N2, có kết quả từ độ bão hòa cao nhất 79,1 emu/g, cao hơn kết quả đã công bố là dưới 70emu/g [17]. Có thể dòng khí trơ N2 đã có tác dụng giúp ngăn quá trình oxy hóa muối sắt của oxy không khí, cải thiện từ độ bão hòa của vật liệu. CS/MNPs2 chế tạo trong kênh vi lưu cũng cho kết quả 69 emu/g, tuy không sử dụng khí trơ nhưng pha từ hình thành trong kênh vi lưu được điều tốt, từ độ bão hòa tuy thấp hơn CS/MNPs1 nhưng kích thước hạt đồng đều, mặt khác từ độ đạt 69emu/g là tương đối cao so với tài liệu đã công bố. Vật liệu từ tính chế tạo lần đầu tiên trên kênh vi lưu cho kết quả khả quan, mở ra hướng chế tạo mới cho loại vật liệu này. Từ trường H (Oe) M s ( em u /g ) Hình 3.14 trình bày từ độ bão hòa tương ứng của các loại vật liệu nanocompozit phân tán trong CS biến tính (CS-FITC). Hình 3.14. Từ độ bão hòa của CS/MNPs và FMNPs – M1, FMNPs-M2. Kết quả cho thấy các hạt MNPs tồn tại trong các nanocompozit đều ở dạng siêu thuận từ. Từ độ bão hòa của CS/MNPs2, FMNPs1 và FMNPs2 lần lượt là 69 emu/g, 54 emu/g và 45emu/g tương ứng với hàm lượng pha từ trong vật liệu. Kết quả chứng tỏ sự tương tác bề mặt của pha từ MNPs với nền polyme làm giảm từ độ bão hòa, phù hợp với kết quả phân tích TEM (hình 3.11). Sự suy giảm của từ độ bão hòa đã được chứng minh bằng thực nghiệm trong nhiều hệ hạt nhỏ và được giải thích bằng sự tồn tại của lớp vỏ phi từ trên bề mặt hạt. Tính chất phát huỳnh quang FMNPs-M2 CS/MNPs FMNPs – M1 Từ trường H(Oe) M s ( em u /g ) Hình 3.15: (A) Phổ hấp thụ UV-vis của các mẫu FMNPs; (B) Phổ phát huỳnh quang (PL) của các mẫu FMNPs Phổ hấp thụ UV-vis của vật liệu FMNPs trong dải bước sóng từ 200nm đến 700 nm, nhằm xác định bước sóng hấp thụ cực đại (λmax) của mẫu FMNPs. Quan sát thấy cả hai mẫu đều có hai λmax, tại 300 nm và 495 nm. Sử dụng máy laze có 2 bước sóng này kích thích vật liệu, thu được phổ phát huỳnh quang PL. Tại bước sóng kích thích 300 nm và 495 nm, cường độ PL của mẫu FMNPs-M1 và FMNPs-M2 có sự khác nhau về cường độ phát xạ, FMNPs-M2 có cường độ phát quang mạnh hơn sơ với mẫu FMNPs ở cả hai bước sóng kích thích. Điều này được giải thích do nồng độ của FITC trong phức hợp CS-FITC bao quanh, tạo lớp vỏ M2 dày hơn M1. Vật liệu FMNPs được phân tán trong môi trường đệm PBS, tiêm hỗn hợp dung dịch vào đầu vào của hệ thống vi lưu. Bước đầu có thể quan sát các dòng chất lỏng song song trong kênh vi lưu riêng biệt: dòng chứa chất lỏng thử nghiệm và dòng chứa các hạt CS/MNPs, do chuyển động xoáy đến giữa lòng ống các dòng chất lỏng được trộn đều. Tại đây có thể xảy ra quá trình tương tác giữa các kháng nguyên (antigen) với FMNPs chứa chất đánh dấu hoặc kháng thể (antibody). Phản ứng xảy ra đặc hiệu dẫn đến khả năng thu giữ các phân tử sinh học trên bề mặt FMNPs. Khi đặt một từ trường ngoài bên cạnh kênh vi lưu (đoạn C và D), nanocompozit FMNPs được thu giữ bởi từ Bước sóng (nm) Bước sóng (nm) Đ ộ h ấp t h ụ ( a. u ) C ư ờ n g đ ộ P L trường ngoài, làm giàu các phân tử sinh học tại đầu ra các quá trình sinh học được tiến hành nhằm phân tích, đánh giá, định lượng các phân tử sinh học. Hình 3.16: Ảnh hưởng của từ trường ngoài đến chuyển động của FMNPs trong hệ vi lưu: (A) FMNPs tại vị trí gần đầu bơm; (B) FMNPs chuyển động tự do trong lòng kênh vi lưu, (C) FMNPs chuyển động có định hướng dưới tác động của từ trường ngoài (nam châm), (D) FMNPs thu được tại đầu ra có chỉ định trước. Thực nghiệm này là tiền đề để chứng minh khả năng ứng dụng các hạt MNPs trong phân tách, đánh dấu và làm giàu sinh học 3.4. Vật liệu nanocompozit chứa nano sắt từ, nano bạc trên nền chitosan (CS/AgNPs-MNPs) Thành phần, cấu trúc tinh thể của hệ nanocompozit CS/AgNPs-MNPs được xác định qua phương pháp XRD. Kết quả đã chứng minh sự hình thành của pha từ MNPs (Fe3O4) và Ag trong nanocompozit (hình 3.17): Nam châm Đầu vào 1 Đầu vào 2 Đầu ra 1 Đầu ra 2 Hình 3.17: Giản đồ XRD của CS/MNPs và CS/AgNPs-MNPs Các pic đặc trưng của nano Fe3O4 và nano Ag thể hiện khá rõ nét trên giản đồ XRD cho thấy Fe và Ag tồn tại trong mẫu nanocompozit ở 2 pha riêng rẽ.Các pic tại (220), (311), (400), 422), (511) trên giản đồ XRD của CS/AgNPs-MNPs tương tự CS/MNPs, ngoài ra còn xuất hiện các pic tại các giá trị 2θ 38,1 o , 44 o , 32 o , 64,4 o tương ứng với các điểm (111), (200), (220) đặc trưng cho tinh thể Ag (hình 3.3). Có thể kết luận nanocompozit chế tạo được có cấu tạo dị thể với các thành phần riêng rẽ MNPs và AgNPs. Tỷ lệ thành phần các nguyên tố trong nanocompozit được phân tích bằng phương pháp EDX kết luận sự có mặt của Ag, Fe trong nanocompozit. Với hàm lượng Ag và Fe được xác định tương ứng là 17,64% và 51,21% tổng thành phần trong nanocompozit. Trong đó tỷ lệ Ag/Fe3O4 = 0,27. Hình thái học Ảnh FESEM Khả năng phân tán các pha chất gia cường nano trong pha phân tán CS của nanocompozit CS/AgNPs-MNPs với sự phân tán ex–situ CS/MNPs1 phân tích bằng kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FESEM) và trình bày trên hình 3.18. 20 30 40 50 60 70 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2 2 0 (A g ) 4 4 0 5 1 1 2 0 0 (A g ) 4 2 2 4 0 0 1 1 1 (A g ) 3 1 1 Ag/Fe 3 O 4 Fe 3 O 4 In te n s it y ( a .u ) Diffraction Angle 2 (degree) 2 2 0 Cs/AgNPs-MNPs Cs/MNPs Góc nhiễu xạ (2θ) C ƣ ờ n g đ ộ ( a .u ) Hình 3.18. Ảnh FESEM của vật liệu CS/AgNPs-MNPs Kết quả FESEM cho thấy sự phân tán của hệ dị thể trong pha CS. Hình dạng và kích thước của nanocompozit CS/AgNPs-MNPs được xác đinh bằng phương pháp TEM (hình 3.19). Do sự khác nhau về mật độ các electron tự do trên bề mặt (các hạt Fe3O4 có mật độ electron cao hơn so với các hạt Ag) nên ảnh hiển vi điện tử của Ag sáng hơn của hạt Fe3O4. Quan sát hình 3.19 ta thấy AgNPs có kích thước khoảng 5-10 nm, MNPs có kích thước khoảng 30-50 nm. Ngoài ra, có thể nhận thấy MNPs được bọc xung quanh bởi các hạt AgNPs trong mạng lưới CS. 100 nm 100 nm Hình 3.19: Ảnh TEM của vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs Trong cấu trúc nanocompozit thu được không chỉ có sự kết hợp cơ học giữa MNPs và AgNPs mà còn có tương tác giữa chúng thông qua chất nền CS. Tương tác giữa MNPs và AgNPs xảy ra do lực Van der waals thông qua năng lượng bề mặt lớn của các hạt nano thành phần. Mặt khác mạng lưới CS đóng vai trò chất nền và tác nhân khâu mạch giúp phân tán đồng đều các hạt MNPs và các hạt AgNPs tránh co cụm. Tính chất siêu thuận từ Từ độ bão hòa của nanocompozit CS/MNPs và CS/AgNPs-MNPs được đánh giá bằng phương pháp từ kế mẫu rung VSM. Kết quả trình bày trên hình 3.20. 100 nm Hình 3.20. Từ độ bão hòa của CS/MNPs và and CS/AgNPs-MNPs Từ độ bão hòa của CS/MNPs và CS/AgNPs-MNPs tương ứng là 79,1 và 67,5 emu/g, với cùng hàm lượng pha từ. Như vậy, từ độ bão hòa trong nanocompozit CS/AgNPs-MNPs giảm do cấu trúc sự phân bố AgNPs trên bề mặt hạt MNPs. Tuy nhiên sự giảm này không đáng kể, vật liệu có từ độ bão hòa cao hơn so với tài liệu đã công bố, chứng tỏ vật liệu nanocompozit chế tạo được có triển vọng ứng dụng trong y sinh, ví dụ trong nhiệt trị hay phân tách sinh học. Khả năng sinh nhiệt trong từ trƣ